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基于面型子阵的分布式频控阵波束形成及旁瓣抑制技术研究

基于面型子阵的分布式频控阵波束形成及旁瓣抑制技术研究

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作者：廖凤香重庆邮电大学

学位级别：硕士

区别于传统相控阵(Phased Array,PA)雷达,频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)雷达最大特点在于不同阵元发射频率之间存在一定偏差,由此形成距离维-角度维双重依赖特性的空间波束方向图。这一特性使FDA在雷达收发波束能量控制、距离维... 详细信息

区别于传统相控阵(Phased Array,PA)雷达,频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)雷达最大特点在于不同阵元发射频率之间存在一定偏差,由此形成距离维-角度维双重依赖特性的空间波束方向图。这一特性使FDA在雷达收发波束能量控制、距离维-角度维联合定位以及距离维依赖性干扰抑制等方面具有广阔的应用潜力。为了能够在实际物理空间范围内对目标方位进行高维波束扫描并观察其波束能量状态,将线性频率分集阵(Linear Frequency Diverse Array,LFDA)相关波束理论推广至平面频率分集阵(Planar Frequency Diverse Array,PFDA)是非常有必要的。同时,分布式阵列(Distributed Array,DA)因其独特的阵列构型而具有战场生存能力强、部署灵活、定位精度高等优势,为此,本文将FDA技术引入DA雷达目标探测领域中,构建了基于面型子阵的分布式频控阵(Distributed Frequency Diverse Array with Planar Subarrays,DFDA-PS)模型。DFDA-PS模型通过增加阵列的物理孔径可实现更高增益和更窄主瓣宽度的距离维-角度维联合波束图。然而DFDA-PS模型中由于各子阵在空间中呈现出均匀大间距稀疏分布,容易产生距离维-角度维双重高栅瓣,使阵列在执行目标方位探测任务时造成目标误判,极大增加了军事成本,同时降低了作战效率。因此,本文基于DFDA-PS模型展开波束形成与栅瓣抑制技术的研究,主要贡献包括:1.针对PFDA模型,给出了一种基于入侵杂草优化(Invasive Weed Optimization,IWO)算法的低旁瓣波束综合方法,同时,从理论上推导了最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)自适应波束形成器的设计。首先将波束能量聚焦和双重峰值旁瓣电平相结合,构建一目标函数,采用IWO算法进行低旁瓣波束综合优化,仿真结果展示了所提方法优良的波束聚焦能力与旁瓣抑制能力;接着,理论推导了PFDA高维场景下MVDR自适应波束形成器的设计,进而结合PFDA阵列因子特性,提出一种基于频偏选择方案(Frequency Offset Selection Schem,FOSS)的自适应波束形成方法;该方法可根据目标位置与干扰位置动态调整不同方向的频偏,从而实现目标源方位的峰值聚焦波束和干扰源方位的深零陷波束。仿真表明所提波束形成方法具备更优异的干扰源方位零陷效果和信干噪比(Signal to Interference plus Noise Power Ratio,SINR)性能,从而验证了所提方法的可行性及准确性。2.针对DFDA-PS模型,将小生境技术(Niche Technology,NT)与禁忌搜索(Tabu Search,TS)策略融入到遗传算法(Genetic Algorithm,GA)中,给出了一种距离维-角度维双重高栅瓣抑制方法。在该方法中,以DFDA-PS模型子阵位置与相应子阵频偏为目标优化对象,并以最小化距离维-角度维双重峰值旁瓣电平构建适应度函数。与传统GA不同的是:第一,对经过GA操作后的子代个体进行预选择机制的NT手段处理,以保证种群多样性的分布特性并避免群体内个别个体大幅增加;第二,设置GA陷入停滞不前的规则评判,一旦满足停滞规则,则进入具备优秀爬山能力的TS算法中进行迭代搜索,以增强空间解可行域的全局最优解搜寻能力。仿真验证表明:所提改进GA相比传统GA,距离维-角度维双重高栅瓣得到了有效抑制,从而实现了DFDA-PS模型的低旁瓣波束综合。

关键词：分布式频控阵平面频率分集阵波束形成双重峰值旁瓣电平全局优化算法

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